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显式方法模拟类橡胶材料率相关Mullins效应 被引量：2
1
作者 王晓明 田兴兴 +1 位作者 张振 肖衡 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3553-3563,共11页
有了加载历史后的类橡胶材料再次加载,会发生应力软化效应,也称为Mullins效应.Mullins效应引起的应力-应变滞回圈会随着应变率的变化而发生改变.首先,经典的类橡胶材料弹性势通常不考虑耗散,无法从理论上解释为什么材料有了加载历史以... 有了加载历史后的类橡胶材料再次加载,会发生应力软化效应,也称为Mullins效应.Mullins效应引起的应力-应变滞回圈会随着应变率的变化而发生改变.首先,经典的类橡胶材料弹性势通常不考虑耗散,无法从理论上解释为什么材料有了加载历史以后会产生应力软化现象;其次,传统方法通常把应变率作为固定的参数引入到方程,这样就增加了模型的使用局限性;最后,大部分模型仅仅考虑单一的变形模式(比如单轴拉伸),而真实的材料还可能受到等双轴拉伸、平面应变拉伸等更加复杂的变形模式.文章基于显式方法构造类橡胶材料弹性势,用来模拟不同应变率下考虑Mullins效应的应力-应变关系.首先,通过研究类橡胶材料在加载-卸载下的应力-应变关系,构造耗散随着加载历史变化的规律;其次,将耗散和应变率作为变量引入到形状特征参数中,构造3个基准实验新的形函数表达;最后,利用对数应变构造3个不变量,结合前面得到的形函数,基于Hermite插值方法得到统一弹性势.结果表明,通过统一弹性势可以分别推导得到3个基准实验下的应力-应变关系,对于率相关Mullins效应的实验数据可以进行精确的匹配与合理的预测.本研究工作所有的参数通过显式方法给出,大大减少了计算代价,为类橡胶材料的工程设计和实际应用提供了重要数据和设计指导. 展开更多
关键词 弹性势 Mullins效应 应变率 耗散 形函数
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硅酸镓镧晶体谐振器的高频振动分析
2
作者 吴荣兴 王晓明 +1 位作者 唐忠平 王骥 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第6期852-856,共5页
利用Mindlin板理论分析了硅酸镓镧晶体板强耦合的厚度剪切振动和弯曲振动,获得了硅酸镓镧晶体板高频振动的色散关系、频谱关系和振动模态位移图。数值计算结果表明,Mindlin板理论可以获得硅酸镓镧晶体板厚度剪切振动的一阶精确截止频率... 利用Mindlin板理论分析了硅酸镓镧晶体板强耦合的厚度剪切振动和弯曲振动,获得了硅酸镓镧晶体板高频振动的色散关系、频谱关系和振动模态位移图。数值计算结果表明,Mindlin板理论可以获得硅酸镓镧晶体板厚度剪切振动的一阶精确截止频率,无需修正系数。基于石英晶体谐振器设计晶片最佳长厚比的选取方法,确定了硅酸镓镧晶片的最佳尺寸,避免了厚度剪切振动模态和弯曲振动模态的强耦合。通过绘制硅酸镓镧晶体板在最佳尺寸时的各振动模态位移图,发现厚度剪切振动模态是主振模态,具有很好的能陷效应。Mindlin板理论在硅酸镓镧晶体板高频振动的应用分析可以指导硅酸镓镧晶体谐振器的实际研发。 展开更多
关键词 硅酸镓镧晶体 振动 频率 厚度剪切 谐振器
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石英晶体板非线性高频振动的拓展伽辽金法分析
3
作者 吴荣兴 王晓明 +1 位作者 张青艳 王骥 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第8期1431-1436,1458,共7页
针对考虑几何和材料非线性的石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动的方程组,利用扩展伽辽金法对该方程组进行转化和求解,分别获得了强烈耦合的厚度剪切振动模态和弯曲振动模态的频率响应关系,绘制了不同振幅比和不同驱动电压影响下的频率... 针对考虑几何和材料非线性的石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动的方程组,利用扩展伽辽金法对该方程组进行转化和求解,分别获得了强烈耦合的厚度剪切振动模态和弯曲振动模态的频率响应关系,绘制了不同振幅比和不同驱动电压影响下的频率响应曲线图。数值计算结果表明可以选取石英晶片的最佳长厚比尺寸来避免两种模态的强烈耦合。驱动电压的变化将引起石英晶体谐振器厚度剪切振动频率的明显改变,必须将振动频率的漂移值控制在常用压电声波器件的允许值之内。扩展伽辽金法对石英晶体板非线性振动方程组的求解为非线性有限元分析和偏场效应分析奠定了基础。 展开更多
关键词 石英晶体板 非线性振动 频率 拓展伽辽金法 有限元分析
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非等厚电极对石英晶体板高频振动影响分析
4
作者 吴荣兴 王晓明 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第12期2256-2260,共5页
利用Mindlin一阶板理论分析了覆盖非等厚电极层的AT切石英晶体板的高频振动,获得了包含厚度剪切振动模态、弯曲振动模态、面剪切振动模态、拉伸振动模态和厚度扭转振动模态的色散关系和频谱关系。研究结果表明由于上下电极层的非等厚性... 利用Mindlin一阶板理论分析了覆盖非等厚电极层的AT切石英晶体板的高频振动,获得了包含厚度剪切振动模态、弯曲振动模态、面剪切振动模态、拉伸振动模态和厚度扭转振动模态的色散关系和频谱关系。研究结果表明由于上下电极层的非等厚性,过去认为不耦合的两组振动模态变得相互耦合,必须进行联合求解。计算结果表明由于非等厚电极层的质量效应,各振动模态的频率均有所降低。根据石英晶体板高频振动的频谱关系图,可以选取石英晶体板的最佳长厚比作为谐振器的制造尺寸。获得的电极层厚度与频率变化关系可以用来指导谐振器电极层厚度设计。 展开更多
关键词 石英晶体板 频率 谐振器 电极 非等厚度
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氧化铝陶瓷压缩破坏过程离散元数值模拟 被引量：2
5
作者 邱镁钫 张青艳 郑宇轩 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2022年第9期3296-3303,共8页
陶瓷的压缩破坏是一个爆炸式破碎的过程,在短时间内急剧释放大量能量,并伴随大量高速飞行碎片的产生,实验上较难获取陶瓷压缩破坏过程中碎片的飞溅速度。本文采用离散元数值模拟氧化铝陶瓷的压缩破碎过程,分析了不同应变率下产生碎片的... 陶瓷的压缩破坏是一个爆炸式破碎的过程,在短时间内急剧释放大量能量,并伴随大量高速飞行碎片的产生,实验上较难获取陶瓷压缩破坏过程中碎片的飞溅速度。本文采用离散元数值模拟氧化铝陶瓷的压缩破碎过程,分析了不同应变率下产生碎片的尺寸分布、碎片的平均飞溅速度,以及试件内部不同区域碎片的速度变化规律。研究表明:(1)陶瓷的表观破坏强度以及破碎后碎片的平均飞溅速度与加载应变率正相关;(2)碎片飞溅速度与其初始位置相关,外侧碎片的飞散速度最大,随着初始位置与试件中心轴距离的减小,碎片飞溅速度逐渐减小;(3)随着加载应变率的提高,碎裂产生的碎片数逐渐增多,对应的碎片平均尺寸变小。进一步讨论了试件压缩破碎过程中的能量守恒和转换模式,并对碎片飞溅的平均速度进行了理论分析。 展开更多
关键词 陶瓷 压缩破坏 离散元 碎片飞溅速度 碎片尺寸 能量转换
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显式模拟类橡胶材料应力软化引起的不可恢复变形及其各向异性特征 被引量：6
6
作者 王晓明 吴荣兴 +1 位作者 蒋义 肖衡 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1999-2009,共11页
类橡胶材料在经过初次加载后会产生应力软化现象,也就是Mullins效应.实验证明应力软化现象会导致材料产生不可恢复变形,同时引入各向异性特征.本文基于对数应变构造一个多轴可压缩应变能函数,先引入耗散来表征应力软化现象,再引入依赖... 类橡胶材料在经过初次加载后会产生应力软化现象,也就是Mullins效应.实验证明应力软化现象会导致材料产生不可恢复变形,同时引入各向异性特征.本文基于对数应变构造一个多轴可压缩应变能函数,先引入耗散来表征应力软化现象,再引入依赖耗散大小的不可恢复变形量以及各向异性特征量,使得新模型既可以表征Mullins效应,又能模拟应力软化作用下产生的不可恢复变形和各向异性特征.本文在各向同性形函数的基础上,通过球坐标系的思想,进一步发展并提出了一个任意方向适用的各向异性形函数.新模型在材料尚未发生软化(耗散为0)的情况下,表现出各向同性;一旦发生应力软化(耗散大于0),则变为各向异性.随着加载-卸载循环的累积,耗散逐渐变大,不可恢复变形也随之变大直到达到一个稳定的值,各向异性特性也逐渐变得明显.新方法得到的结果可以精确匹配经典的实验数据,并预测不同方向的应力软化现象以及由此产生的不可恢复变形和各向异性特征. 展开更多
关键词 应力软化 不可恢复变形 各向异性 耗散 形函数
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部分包覆组合剪力墙结构弹塑性时程分析 被引量：1
7
作者 邱森 吴荣兴 +4 位作者 李晓东 黄丽莉 杨宇焜 蒋路 张莉莉 《工程抗震与加固改造》 北大核心 2021年第4期37-43,共7页
为研究部分包覆组合剪力墙(PEC剪力墙)结构的抗震性能,设计了一幢18层装配式PEC剪力墙高层住宅模型,编写Python程序实现弹性模型到弹塑性模型的自动转化,并利用ABAQUS软件进行地震作用下动力弹塑性时程分析。结果表明:罕遇地震作用下,... 为研究部分包覆组合剪力墙(PEC剪力墙)结构的抗震性能,设计了一幢18层装配式PEC剪力墙高层住宅模型,编写Python程序实现弹性模型到弹塑性模型的自动转化,并利用ABAQUS软件进行地震作用下动力弹塑性时程分析。结果表明:罕遇地震作用下,纵向楼层的连梁逐渐进入屈服状态,塑性得到充分发展,横向楼层的连梁和框架梁基本未出现屈服;底部加强区采用提高钢板厚度等措施,保证了连梁先于墙肢出现屈服,少量墙肢混凝土出现受压损伤现象,累积损伤符合预期;墙肢内配置的型钢在整个时程作用中并未屈服。结构X向最大弹塑性层间位移角为1/112,发生在第14层;Y向最大层间弹塑性位移角为1/156,发生在第10层,两个方向位移角均小于1/70,满足结构对弹塑性层间位移角的限值要求,具有良好的抗震性能。 展开更多
关键词 包覆组合剪力墙 罕遇地震 骨架曲线 弹塑性时程分析 抗震性能
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基于有理插值方法模拟可压缩类橡胶材料多轴变形行为
8
作者 王晓明 吴荣兴 肖衡 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1541-1550,共10页
提出一个多轴应变能函数来模拟可压缩类橡胶材料在载荷作用下的大变形行为。首先,基于对数应变构造三个不变量,使得应变能函数分别具备可压缩功能、多轴有效功能以及适用于多个变形模式的功能;其次,利用有理插值方法构造单轴形函数,并... 提出一个多轴应变能函数来模拟可压缩类橡胶材料在载荷作用下的大变形行为。首先,基于对数应变构造三个不变量,使得应变能函数分别具备可压缩功能、多轴有效功能以及适用于多个变形模式的功能;其次,利用有理插值方法构造单轴形函数,并结合前面引入的三个不变量,通过哈密顿插值方法构建统一的应变能函数;最后,在单轴情况下,应变能函数通过对Hencky应变求导,可以得到对应变形模式下的应力-应变关系。本文通过调节泊松比的大小来控制体积变化从而实现模型的可压缩性;此应变能函数可以模拟单轴拉伸压缩、平面应变以及等双轴拉伸等至少三个基准试验。新方法得到的伸长比-应力关系、伸长比-体积比关系与经典试验数据结果作比较,进而证明方法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 大变形 类橡胶材料 可压缩 基准试验
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基于有理插值方法模拟SMAs循环加载下的变形行为
9
作者 王晓明 肖衡 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2023年第6期694-707,共14页
提出了一个有限弹塑性模型,用来模拟形状记忆合金(shape memory alloys,SMAs)在循环荷载下的变形行为.首先,通过分析上下屈服阶段形函数的特点,利用有理插值方法给出循环荷载下的应力-应变形函数显式表达,可以精确匹配任意形状的实验数... 提出了一个有限弹塑性模型,用来模拟形状记忆合金(shape memory alloys,SMAs)在循环荷载下的变形行为.首先,通过分析上下屈服阶段形函数的特点,利用有理插值方法给出循环荷载下的应力-应变形函数显式表达,可以精确匹配任意形状的实验数据;其次,基于对数客观率,构建了有限弹塑性J2流模型,耦合了屈服中心的移动和屈服面的增大;再次,从单轴情况出发,推导得到了单个循环下的三个硬化函数显式表达,再引入局部因子和多轴扩展不变量,构造了光滑统一且多轴有效的硬化函数;最后,将模型得到的结果与经典实验结果比较,证明了新方法的有效性.该文创新点如下:第一,通过改进传统的背应力演化方程,使得新模型产生强烈的Bauschinger效应,从而使新方法具备模拟SMAs特殊变形行为的能力;第二,新的光滑统一硬化函数在单个循环下会自动退化,得到精确符合实验数据的结果;第三,利用本构方程推导得到有效塑性功演化规律,而有理插值得到的形函数中包含依赖有效塑性功的参数,给出这些参数方程以后使得模型具备了预测变形的能力. 展开更多
关键词 J2流模型 形状记忆合金 对数客观率 屈服 硬化函数 形函数
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